आउटपुट ध्रुवीकरण माप के माध्यम से एक nonlinear ध्रुवीकरण रोटेशन फाइबर लेजर में मोड लॉकिंग का स्वचालन
Summary
A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.
Abstract
जब एक लेजर मोड बंद है, यह लेजर गुहा लंबाई से निर्धारित पुनरावृत्ति दर पर अति लघु दालों की एक ट्रेन का उत्सर्जन करता है। यह लेख एक पूर्व समायोजित nonlinear ध्रुवीकरण रोटेशन फाइबर लेजर मोड में ताला मजबूर करने के लिए एक नया और कम खर्चीली प्रक्रिया की रूपरेखा। इस प्रक्रिया के उत्पादन ध्रुवीकरण राज्य में अचानक परिवर्तन का पता लगाने के आधार पर जब मोड ताला लगा होता है। यह परिवर्तन क्रम में मोड ताला की स्थिति पता लगाने के लिए अंतर-गुहा ध्रुवीकरण नियंत्रक के संरेखण कमान करने के लिए प्रयोग किया जाता है। अधिक विशेष रूप से, पहले स्टोक्स पैरामीटर का मान जब ध्रुवीकरण नियंत्रक के कोण बह रहा है बदलता है और, इसके अलावा, यह एक अचानक बदलाव आए जब लेजर मोड बंद राज्य में प्रवेश करती है। इस अचानक बदलाव निगरानी के लिए एक व्यावहारिक आसान करने के लिए पता लगाने के संकेत है कि ध्रुवीकरण नियंत्रक के संरेखण कमान और मोड लॉकिंग की ओर लेजर ड्राइव करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। यह निगरानी एक छोटे से हिस्से को खिलाने से हासिल की हैएक विश्लेषक ध्रुवीकरण करने के लिए संकेत के पहले स्टोक्स पैरामीटर को मापने। अचानक एक विश्लेषक से इस पैरामीटर के बाहर पढ़ने में परिवर्तन घटित होगा जब लेजर मोड बंद राज्य में प्रवेश करती है। इस पल में, ध्रुवीकरण नियंत्रक के लिए आवश्यक कोण तय रखा है। संरेखण पूरा हो गया है। इस प्रक्रिया को स्वचालित मौजूदा प्रक्रियाओं है कि इस तरह के एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक, एक आरएफ स्पेक्ट्रम विश्लेषक, एक photodiode एक इलेक्ट्रॉनिक पल्स-काउंटर या एक nonlinear का पता लगाने के दो photon अवशोषण या दूसरे हार्मोनिक पीढ़ी पर आधारित इस योजना से जुड़ा के रूप में उपकरण का उपयोग करने के लिए एक वैकल्पिक तरीका प्रदान करता है। यह nonlinear ध्रुवीकरण रोटेशन से बंद कर दिया लेज़रों मोड के लिए उपयुक्त है। इसे लागू करने के लिए अपेक्षाकृत आसान है, यह विशेष रूप से 1550 एनएम के तरंग दैर्ध्य में सस्ता साधन की आवश्यकता है, और यह उत्पादन और ऑपरेशन उपर्युक्त तकनीकों की तुलना में लागत खर्च को कम करती है।
Introduction
इस लेख का उद्देश्य nonlinear ध्रुवीकरण रोटेशन फाइबर लेजर मोड में ताला (माले) पाने के लिए एक स्वचालन संरेखण प्रक्रिया मौजूद है। लेजर के उत्पादन में संकेत के ध्रुवीकरण को मापने और फिर सेटिंग अप एक आत्म नियंत्रण प्रणाली शुरू होने से माले के लिए मिल द्वारा एमएल शासन का पता लगाने: यह प्रक्रिया दो आवश्यक कदम पर आधारित है।
फाइबर लेजर आजकल प्रकाशिकी में एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गए हैं। वे सुसंगत लगभग अवरक्त प्रकाश की एक कुशल स्रोत हैं और वे अब विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के मध्य अवरक्त भाग में विस्तार कर रहे हैं। उनके कम लागत और उपयोग में आसानी उन्हें इस तरह के ठोस राज्य पराबैंगनीकिरण के रूप में सुसंगत प्रकाश के अन्य स्रोतों के लिए एक आकर्षक विकल्प बना दिया है। फाइबर लेजर भी ultrashort दालों (100 FSEC या कम) जब एक एमएल तंत्र फाइबर गुहा में डाला जाता है प्रदान कर सकते हैं। वहाँ कई मायनों में इस तरह के nonlinear पाश दर्पण और saturable अवशोषक के रूप में इस एमएल तंत्र डिजाइन करने के लिए कर रहे हैं। इनमें से एक, च व्यापक रूप से इस्तेमालया अपनी सादगी, संकेत 1,2 के nonlinear ध्रुवीकरण रोटेशन (एनपीआर) पर आधारित है। यह सच है कि संकेत के ध्रुवीकरण अंडाकार इसकी तीव्रता करने के लिए एक रोटेशन आनुपातिक से होकर गुजरती है, क्योंकि यह लेजर गुहा के तंतुओं में प्रसारित उपयोग करता है। गुहा में एक polarizer डालने से, इस एनपीआर संकेत के एक गोल यात्रा के दौरान तीव्रता पर निर्भर नुकसान होता है।
लेजर ध्रुवीकरण तो राज्य को नियंत्रित करने से माले के लिए मजबूर किया जा सकता है। प्रभावी ढंग से, संकेत के उच्च शक्ति भागों घाटा (चित्रा 1) को कम करने के अधीन हो जाएगा और जब लेजर पर बदल दिया और एक कम शक्ति शोर संकेत से शुरू होता है यह अंततः प्रकाश की ultrashort दालों के गठन के लिए नेतृत्व करेंगे। हालांकि, इस पद्धति का दोष यह है कि ध्रुवीकरण राज्य नियंत्रक (पीएससी) ठीक एमएल पाने के लिए गठबंधन किया जाना चाहिए है। आमतौर पर, एक ऑपरेटर के लिए एक तेजी से पी के साथ पीएससी की स्थिति बदलती और लेजर के उत्पादन में संकेत का विश्लेषण करके मैन्युअल एमएल पाता हैhotodiode, एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक या एक nonlinear ऑप्टिकल ऑटो correlator। जैसे ही दालों के उत्सर्जन का पता चला है, ऑपरेटर पीएससी की स्थिति बदलती के बाद से लेजर एमएल है बंद हो जाता है। जाहिर स्वयं शुरू करने के लिए लेजर हो रही स्वचालित रूप से दक्षता में एक महत्वपूर्ण लाभ के लिए होता है। यह विशेष रूप से सच है जब लेजर संरेखण या गुहा विन्यास के बाद ऑपरेटर फिर से और फिर संरेखण प्रक्रिया से गुजरना होता है बदलते perturbations के अधीन है। पिछले दशक में, अलग-अलग तरीकों से इस स्वचालन प्राप्त करने के लिए प्रस्तावित किया गया है। हेलविग एट अल। 3 एमएल पता लगाने के लिए एक सब-डिवीजन फाइबर के-आयाम Polarimeter के साथ संकेत के ध्रुवीकरण राज्य का एक पूरा विश्लेषण के साथ संयोजन में ध्रुवीकरण को नियंत्रित करने के पीजो इलेक्ट्रिक squeezers इस्तेमाल किया। Radnarotov एट अल। 4 आरएफ स्पेक्ट्रम के आधार पर माले का पता लगाने के एक विश्लेषण के साथ प्रयोग किया लिक्विड क्रिस्टल प्लेट पीएससी। शेन एट अल। 5 का इस्तेमाल किया पीजो इलेक्ट्रिक squeezersध्रुवीकरण और एमएल पता लगाने के लिए एक photodiode / उच्च गति काउंटर प्रणाली को नियंत्रित करने। अभी हाल ही में एक विकासवादी एल्गोरिथ्म पर आधारित एक रणनीति पेश किया गया, जिसमें पता लगाने के एक intensimetric दूसरे क्रम autocorrelator और एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक के साथ संयोजन में एक उच्च बैंडविड्थ photodiode द्वारा प्रदान की जाती है। नियंत्रण तो गुहा 6 अंदर दो इलेक्ट्रॉनिक रूप से संचालित पीएससी के साथ किया जाता है।
यह लेख लेजर एमएल के लिए फाइबर के लिए मजबूर एक स्वचालन तकनीक मिलीलीटर और उसके आवेदन का पता लगाने के लिए एक अभिनव तरीका बताता है। लेजर के एमएल का पता लगाने का विश्लेषण कैसे संकेत के उत्पादन में ध्रुवीकरण राज्य के रूप में पीएससी के कोण बह रहा है बदलता है द्वारा हासिल की है। के रूप में दिखाया जाएगा, एमएल के लिए संक्रमण ध्रुवीकरण राज्य उत्पादन में संकेत के स्टोक्स मानकों में से एक को मापने के द्वारा detectable में अचानक परिवर्तन के साथ जुड़ा हुआ है। तथ्य यह है कि एक नाड़ी एक सीडब्ल्यू संकेत से भी अधिक तीव्र है और एक अधिक महत्वपूर्ण एनपीआर ऍक्स्प से गुजरना होगाइस परिवर्तन lains। चूंकि लेजर के उत्पादन में तुरंत गुहा में polarizer से पहले स्थित है, इस स्थान पर एक नाड़ी के ध्रुवीकरण राज्य के एक सीडब्ल्यू संकेत के ध्रुवीकरण राज्य (चित्रा 2) से अलग है और एमएल राज्य भेदभाव करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा। इस प्रक्रिया है और इसके पहले प्रायोगिक कार्यान्वयन के सैद्धांतिक पहलुओं ओलिवर एट अल में प्रस्तुत किए गए। 7। इस अनुच्छेद में, जोर प्रक्रिया, अपनी सीमाओं और अपने फायदे के तकनीकी पहलुओं पर होगा।
इस तकनीक को लागू करने के लिए अपेक्षाकृत आसान है और एमएल राज्य का पता लगाने और लेजर के संरेखण को स्वचालित एमएल प्राप्त करने के लिए परिष्कृत उपकरणों को मापने की आवश्यकता नहीं है। एक प्रोग्राम इंटरफेस के माध्यम से समायोज्य बाहर से एक पीएससी की आवश्यकता है। विभिन्न पीएससी सिद्धांत रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है: पीजो इलेक्ट्रिक squeezers, लिक्विड क्रिस्टल, लहर-प्लेटें एक मोटर, चुंबक ऑप्टिक क्रिस्टल या एक मोटर चालित सभी फाइबर पीएससी आधारित ओ द्वारा घुमायाn फैलाएंगे और फाइबर 8 घुमा। इस अनुच्छेद में, बाद में किया जाता है, एक सभी फाइबर मोटर चालित याओ-प्रकार पीएससी। ध्रुवीकरण राज्य एक महंगी वाणिज्यिक Polarimeter इस्तेमाल किया जा सकता का पता लगाने के लिए। हालांकि, बाद से ही पहली स्टोक्स पैरामीटर का मान आवश्यक है, दो photodiodes के साथ संयोजन में एक ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला पर्याप्त रूप में इस अनुच्छेद में दिखाया गया होगा।
इन सभी घटकों व्यापक रूप से इस्तेमाल अर्बियम- डाल दिया गया फाइबर लेजर के लिए सस्ती कर रहे हैं। एक प्रतिक्रिया इस प्रक्रिया के आधार पर पाश कुछ ही मिनटों में एमएल पा सकते हैं। यह प्रतिक्रिया समय फाइबर लेजर की सबसे अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है और अन्य मौजूदा तकनीक के बराबर है। वास्तव में, प्रतिक्रिया समय संकेत के ध्रुवीकरण का विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा सीमित है। अंत में, हालांकि प्रक्रिया एक similariton 9 अर्बियम- डाल दिया गया फाइबर लेजर करने के लिए यहाँ लागू किया जाता है, यह किसी भी फाइबर लेजर आधारित एनपीआर के लिए जितनी जल्दी ऊपर उल्लेख उपकरण या उसके equivalen के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता हैटी ब्याज की तरंग दैर्ध्य में उपलब्ध हो जाता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह दिखाया गया है कि यह एक प्रतिक्रिया उत्पादन ध्रुवीकरण माप के आधार पर पाश का उपयोग करके एनपीआर फाइबर रिंग लेज़रों के एमएल स्वचालित करने के लिए संभव है। इस कार्य को साकार करने के लिए यह गुहा में एक समाय?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों इलेक्ट्रॉनिक्स के विषय में बहुमूल्य मदद के लिए ईसाई ओलिवर और फिलिप Chrétien का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं, मोटरयुक्त ध्रुवीकरण नियंत्रक के साथ समर्थन के लिए GIGA संकल्पना इंक एरिक गिरार्ड, प्रोफेसर वास्तविक वले कई उपयोगी विचार विमर्श के लिए वाणिज्यिक Polarimeter और प्रोफेसर मिशेल Piche के ऋण के लिए ।
प्रकृति एट टेक्नोलॉजीज (FRQNT), प्राकृतिक विज्ञान और कनाडा के इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद (NSERC) और कनाडा गर्मियों में नौकरियों – इस काम Fonds डे Recherche डु क्यूबेक द्वारा समर्थित किया गया।
Materials
| Bare-Fiber adaptor | Bullet | NGB-14 | |
| Drop-in polarization controller | General Photonics Corp. | Polarite PLC-006 | Manual polarization controller. |
| DSP In-line polarimeter | General Photonics Corp. | POD-101D PolaDetect | Polarimeter with USB/serial computer connectivity. |
| Fiber Cleaver | Fitel | S323 | |
| FiberPort | Thorlabs Inc. | PAF-X-2-C | |
| Fixed Fiber-to-Fiber Coupler Bench | Thorlabs Inc. | FBC-1550-APC | Any optical bench could be used. A 3-way bench would even be better. |
| Fusion Splicer | Fujikura | FSM-40PM | |
| High resolution all fiber polarization controller | Giga Concept Inc. | GIG-2201-1300 | All-fiber motorized polarization controller with USB computer connectivity. |
| InGaAs PIN PD module | Optoway | PD-1310 | Pigtailed photodiode. |
| Instrument communication interface | National Instruments | NI MAX | It comes packaged with National Instruments drivers (NI-VISA, NI-DAQmx, etc.) |
| Operational amplifier | Texas Instruments | TLO81ACP | |
| Optical Powermeter | Newport | 818-IS-1 with 1835-C | |
| Optical spectrum analyzer | Anritsu | MS9710C | |
| Oscilloscope | Tektronix | TDS2022 | Oscilloscope with GPIB computer connectivity. |
| Polarizing beamsplitter module | Thorlabs Inc. | PSCLB-VL-1550 | |
| Polyimide Film Tape | 3M | 5413 | Tape to fix the components on the table without damaging the fibers. |
| Graphical programming language interface (GPLI) | National Instruments | LabVIEW | Interface to program in G Programming Language and communicate with laboratory instruments. |
| Polarimeter controlling software | General Photonics Corp. | PolaView | Comes with the polarimeter General Photonics POD-101D. |
References
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